谷歌公司、美国宇航局艾姆斯研究中心和能源部橡树岭国家实验室的联合研究团队已经证明，量子计算机在某些任务上可以超越经典计算机，这一壮举被称为量子优势。

 

量子计算机利用量子力学定律和称为量子位的单位，极大地提高了信息传输和处理的阈值。传统的“比特”的值要么是0要么是1，而量子位被编码为0和1的值，或者它们的任何组合，允许存储大量数据的可能性。

 

虽然还处于早期阶段，但量子系统有潜力比当今领先的经典计算系统具有指数级的威力，并有望彻底改变材料、化学、高能物理以及整个科学领域的研究。今天发表在《自然》杂志上的研究结果证明了量子优势的概念，并建立了时间到解决方案和能源消耗的基线比较。

 

能源部负责科学的副部长保罗·达巴说:“这一量子霸权的成就证明了美国创新的力量，能源部的实验室在这一开创性研究领域发挥了带头作用。”“对量子技术的掌握正在创造一个新的信息时代，它提供了处理信息的新方法，从而造福科学和社会。”

 

谷歌公司、美国宇航局艾姆斯研究中心和能源部橡树岭国家实验室的联合研究团队已经证明，量子计算机在某些任务上可以超越经典计算机，这一壮举被称为量子优势。天富平台登录

 

资料来源:珍妮·伍德贝利/美国能源部橡树岭国家实验室;Sycamore量子处理器照片由Erik Lucero/谷歌

 

在这种情况下，由谷歌建造的名为Sycamore的量子计算机由53个量子位组成。经典计算机是ORNL的巅峰，坐落在橡树岭领导计算设施(OLCF)，并被评为世界上最强大的计算机，因为它有超过4600个计算节点。

 

这两个系统都执行了一项称为随机电路采样(RCS)的任务，这是专门为测量诸如Sycamore之类的量子设备的性能而设计的。在量子计算机上进行模拟花了200秒;在Summit上进行了同样的模拟之后，研究小组推断，这个世界上最强大的系统要用超过1万年的时间才能用目前最先进的算法完成计算，这为量子优势的实验证据和未来量子计算机的设计提供了关键信息。Sycamore不仅比它的经典版本更快，而且它的能源效率大约是它的1000万倍

 

特拉维斯谦卑,ORNL

 

ORNL研究员Travis Humble所在的团队展示了量子计算机在某些任务上可以超越经典计算机，这一壮举被称为量子优势。资料来源:Carlos Jones/橡树岭国家实验室，美国能源部天富平台登录

 

研究人员还估计了单个部件的性能，以准确预测整个Sycamore设备的性能，证明量子信息在按比例放大时表现一致——这是设计大规模量子计算机的必要属性。

 

ORNL研究员兼实验室量子计算研究所主任Travis Humble说:“这个实验证明，今天的量子计算机在合成基准方面可以超越最好的传统计算机。”“也有其他的尝试，但我们的团队是第一个在真实系统上演示这个结果的。”

 

这个真实的系统是至关重要的。谷歌和美国宇航局位于硅谷的艾姆斯研究中心的研究人员试图利用美国宇航局的资源来解决这个问题，但他们很快意识到他们需要一台更强大的计算机。而最强大的莫过于ORNL峰会。

 

将量子计算移植到经典的高峰会并非易事。RCS模拟器，称为qFlex，最初包含一个仅限cpu的实现。然而，Summit的世界级速度在很大程度上得益于NVIDIA图形处理单元(gpu)， gpu可以处理计算密集型的数学问题，而cpu则可以有效地指导任务。

 

图书馆由OLCF的德米特里•Liakh对多核cpu和gpu执行张量代数操作允许团队利用所有的峰会,以及IBM系统的每个节点512字节的内存,提高了仿真的速度46-fold每个节点(使用4550年的峰会的节点)相比之前的实现仅仅cpu上运行。

 

ORNL的Dmitry Liakh开发了一个软件库，使团队能够充分利用Summit超级计算机来运行量子基准代码。资料来源:Genevieve Martin/橡树岭国家实验室，美国能源部